JP7261892B2 - 占有格子地図管理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両、特に自動車の電子制御装置(ECU : Electronic Control Unit)での制御技術に関する。その中でも特に、車両の自動運転・運転支援(以下、単に自動運転とも称する)技術に用いられる占有格子地図を管理する技術に関する。
市街地において自動車の自動運転を実現する場合、自動車は現在位置の周囲の物体をセンシングし、センシングした情報を元に、それらと衝突しない経路を生成し走行する方法が執られることが多い。一方、市街地は高速道路や郊外に比べ多くの物体が存在するため、このような道路上に存在する物体を考慮した走行経路の生成が必要となる。複数の物体が存在する環境の下、走行する経路を生成するには、空間をセルに分割し、周辺の物体が該当セルに存在するかを確率で表現する占有格子地図(グリッドマップ)が使われることがしばしある。
一方、刻々と変化する自車両周囲の環境をセルで管理する場合、大量のセルを電子制御装置内で扱う必要があり、セル数の増加に伴い処理負荷の増大、各セルへのアクセス遅延が発生する。例えば、車両前方の横50メートル×縦15メートルの領域を、縦0.5m×横0.1mのセルで表現する場合、電子制御装置内では15000セルを扱うことになる。
したがって、当該分野では占有格子地図上で大量のセルを扱う状況で、電子制御装置内の処理が高負荷となる環境において、電子制御装置の処理負荷を低減することが課題となっている。
特許文献1では、電子制御装置内で占有格子地図を扱う際、道路の両端で挟まれている領域に存在するセルのみを演算対象とし、これらの限られたセルのみを更新することで処理負荷及びメモリ消費量を低減する方法を提案している。
特開2017-157087号公報
占有格子地図で表現する領域を広げる際、多くのセルで占有格子地図は表現されることになる。また、各地点の物体の存在確率の精度を上げるには、セルの分解能を上げる必要があり、扱うセル数が増加する。このような場合、電子制御装置内で扱うセルが膨大となり、処理負荷の増加、メモリ消費量が飛躍的に増加してしまう問題もある。
上記特許文献1のように、演算対象とするセルを道路の両端で挟まれた部分に限定する場合でも、道路の両端の距離が離れている場合は演算対象とするセル数の低減は厳しい。
また、任意の領域を扱いたい場合、最小領域が道路両端とで挟まれた部分と制限されているため、処理負荷やメモリ消費量の低減は厳しい。
また、複数のセルの中から、例えば、物体が存在するセルを検索する等の際、上記特許文献1では道路端で挟まれた領域にある、すべてのセル情報を確認し、判定する必要があるため、処理負荷やメモリ消費量の増加に低減は乏しい。
上記の課題を解決するために、本発明では、占有格子地図のセル情報について、占有格子地図を構成するセルを管理単位としたデータベースとして管理する。例えば、各セルのセル情報を1レコードとして管理する。このことにより、セル情報を構成する項目ごとに管理可能な形式とすることになる。この際、セル情報の項目として、各セルにおける、占有確率、占有状態、相対座標情報および絶対座標情報を設けることが好適である。
より具体的な、本発明の一態様は、車両周囲の占有格子地図を管理する占有格子地図管理装置であって、センサにより検知された前記車両周囲のデータを用いて占有格子地図のセル情報を生成するためのマップ生成部と、前記生成されたセル情報を、前記占有格子地図を構成するセルのセル情報を管理単位として管理するマップ管理部と、セル情報取得要求に応じて、前記マップ管理部で管理する前記セル情報から、前記セル取得要求に該当するセル情報を選択するセル選択部と、を備え、前記セル情報は、周期的に生成され、記憶装置に記憶され、前記セル情報には、該当するセルにおける物体の占有状態を含み、前記マップ管理部は、前記セル情報の占有状態の時系列変化が、占有、非占有、占有と変動した場合、前記占有の要因である物体が同一かを判断し、同一でない場合、前記記憶装置に周期的に記憶されたセル情報の少なくとも一部を削除する占有格子地図管理装置である。
なお、本発明には、占有格子地図管理装置を用いた方法や、当該方法を占有格子地図管理装置で実行させるプログラムも含まれる。
本発明によれば、占有格子地図のセル情報を管理することにより、セル情報に対するアクセス速度の向上や運転制御に応じた柔軟なセル情報の取得が可能となる。
本発明の一実施例における電子制御装置110のシステム構成図(機能ブロック図)である。 本発明の一実施例で用いられる占有格子地図201を示す図である。 本発明の一実施例で用いられるセル情報301を示す図である。 本発明の一実施例における時間軸方向のセル情報301の保持の仕方を説明するための図である。 本発明の一実施例におけるデータ登録フローを示す図である。 本発明の一実施例におけるセル情報301を取得するフローを示す図である。 本発明の一実施例における緊急の際のデータ取得シーケンスを示す図である。 本発明の一実施例における電子制御装置110のシステム構成図(ハードウェア構成図)である。
以下に本発明の一実施例を、図面を用いて説明する。
図1に示す電子制御装置110は、本実施例にかかるシステム構成図(機能ブロック)の一例を示す図である。
電子制御装置110は、車両に搭載されたECU(Electronic Control Unit)などである。電子制御装置は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Rando Access Memory)などの記憶領域を含んで構成されている。また、電子制御装置110、外界認識センサ群116、及び車載電子制御装置から成る。電子制御装置110は、アプリケーション実行部111、セル選択部112、マップ管理部113、マップ生成部114、セル更新部115、外界認識センサ群116から構成される。
アプリケーション実行部111は、例えば車両の周辺環境を認知する機能や、車両の認知結果に基づき自車両の走行経路を計画する機能、車両の制御量を演算する機能等を備え、マップ管理部113に格納されている情報に基づき各種機能を実行する。また、アプリケーション実行部111で外界認識センサ群116の情報を統合した結果を基に、セル更新部115を介し、マップ管理部113に格納されている占有格子地図201のセル情報301を更新する。占有格子地図201のセル情報301とは、占有格子地図201に対応するセル情報301を指し、その内容は後述する。
セル選択部112は、占有格子地図201が格納されているメモリ上のアドレス情報と各セルに付与されるID情報を紐づけて保持する。アプリケーション実行部111からセルの取得要求があった場合、検索条件を解析し、解析結果に基づきマップ管理部113に格納されている該当のセル情報301を取得する。
マップ管理部113は、例えばHDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ、ROM(Read Only Memory)などの記憶装置やRAM(Random Access Memory)などのメモリを含んで構成される。マップ管理部113では、走行環境を格子状上に分割した占有格子地図201を保持している。占有格子地図201で管理される各格子はセルとも呼ばれ、各セルの大きさ(解像度は)任意に定義可能である。占有格子地図201はアプリケーション実行部111の使い方に応じて複数持つことも可能であり、各占有格子地図201の解像度を自由に設定できることは言うまでもない。マップ管理部113では占有格子地図201をデータベースとして管理する。各セルはデータベースのレコードとして管理され、1つのセルが1つのレコードに相当する。
また、各セルには一意なIDが付与され、IDとメモリ上のアドレス情報はセル選択部112で管理される。占有格子地図201の各セルは、外界認識センサ群116で認識した走行環境の外界認識結果に基づき、例えば物体の存在確率等を保持する。各セルが保持する情報は開発者が事前に定義することで自由に設定可能である。また、マップ管理部113は、一定時間更新の無いセル情報301を定期的に削除し、一定時間経過した情報が蓄積されない仕組みを備える。
マップ生成部114は、例えばCAN(Control Area Network)やEthernet等で電子制御装置110と接続された外界認識センサ群116によりセンシングされた外界認識情報をマップ管理部113の占有格子地図201に対応付ける。この時、外界認識情報を格納するセルは、外界認識情報のセンシングした位置情報に基づく。また、例えば外界認識センサ群からの伝送遅延や電子制御装置110内の処理遅延により生じるセンシング時刻からの位置情報のずれはマップ生成部114で補正した後、マップ管理部113に送信される。
セル更新部115は、アプリケーション実行部111が外界認識センサ群116の複数の異なるセンサ情報を基に統合した物体情報をマップ管理部113の占有格子地図201に付与する場合に使用する。
外界認識センサ群116は、例えば車両に搭載されるカメラやレーザレーダ、ソナー、Lidar(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)などである。外界認識センサで認識する物体は、他車両や歩行者、二輪車のような動的な物体だけでなく、電柱、標識、街路樹、甌穴、道路端のような静的な物体でも構わない。また、Lidarでセンシングされる点群情報のように物体の種類や形状が特定されていない情報でも構わない。なお、本実施例では、外界認識センサ群116と表現しているが、1つのセンサであっても構わない。
図1に示す電子制御装置110は、いわゆるワンチップのプロセッサであり、図8に示すハードウェア構成で実現される。以下、図8について説明する。アプリケーション実行部111、セル選択部112、マップ生成部114およびセル更新部115の各機能は、プログラムで実現される。つまり、図8に示す主記憶装置120に格納されたアプリケーションプログラム111A、セル選択プログラム112A、マップ生成プログラム114Aおよびセル更新プログラム115Aで実現される。これら各プログラムは、制御装置(CPUコア)121で実行され、各機能を実現する。また、マップ管理部113は、メモリ113Aで実現され、セル情報301や占有格子地図201を格納する。また、電子制御装置110は、接続端子123を介して外界認識センサ群116と接続される。また、電子制御装置110の各構成要件は、バス122を介して互いに接続される。
図2は、マップ管理部113が保持する占有格子地図201の一例を表す。占有格子地図201内のセルの数は、自由に変更可能である。また、占有格子地図201を構成する各セルの解像度も自由に変更可能であり、同じ占有格子地図201内であっても異なる解像度に設定する事も可能である。また、セルに付与するID情報も任意に設定可能であり、数字以外にもセルを一意に識別することができる情報であればいかなる情報でも付与できる。
図3は、マップ管理部113が管理する図2で示した占有格子地図201のセル情報301の一例である。各セルは独立にマップ管理部113でデータベースのレコードとして管理される。これは、外界認識センサデータに基づき作成されるものである。
各セルには、少なくとも車両との位置関係に関する情報が含まれている。位置関係の情報として距離情報を用いる場合、距離情報として、例えば、自車両からの相対距離情報、GPS(Global Position System)の絶対位置情報等のいずれでも良い。また、例えばユークリッド距離や極座標系等、距離の表現方法に制限は無い。
図3に示す例において、占有格子地図201のセル情報301は、各セルの、座標情報(X,Y)、更新時刻情報、占有状態、占有確率、領域情報、Ray情報、センサからの距離、極座標、前回時刻の占有確率から現在時刻の占有確率への変化率等を保持する。なお、これら各情報のうち、「占有状態」「占有確率」「座標情報」(後述する絶対座標および相対座標)を用いる構成としてもよい。
座標情報(X,Y)は、当該セルにおける実世界での位置を示す。なお、座標情報は、「絶対座標」(例えば、緯度・経度)と、自動車との関係を示す「相対座標」が含まれる。
更新時刻情報は、当該セルの状態が更新された時刻情報を表す。
占有状態は、外界認識センサ群116で認識された物体が該当セルに存在するか否かの状態を示す。以下、占有状態の内容は、占有、非占有と表現する。
占有確率は、外界認識センサ群116で認識された物体が当該セル上に存在する確率を表す。存在確率は、現在時刻の物体の存在を表す存在確率でも、現在時刻以前の該当セルの占有確率から、現在のセルの占有確率を基にした事後確率でも構わない。
領域情報は、複数のセルをグルーピングし一つの領域として扱う際に、グループごとに付与する一意なIDである。また、一つのセルが複数の異なる領域に属し、それぞれの領域情報を保持することが可能であることは言うまでもない。
Ray情報は、ある光線が通るセルの情報である。一つのRayに対し複数のセルが割り当てられてもよいし、一つのセルに対し複数のRayが割り当てられてもよい。なお、Lidarのようなセンサを利用することで、センサから放射された複数の光線(Ray)を元に、各セルの空間上の密度から一番手前の物体までの距離を推定することが可能である。
センサからの距離は、当該セルの実世界における位置と外界認識センサとの距離を示す。この情報は、物体認識情報に含まれる認識した物体と自車両の距離を用いてもよい。
極座標は、当該セルにおける実世界での位置を極座標系で示すものである。
変化率は、当該セルにおける前回時刻の占有確率から現在時刻の占有確率の変化率を用いた、物体の突出性の度合いを表す。
図4に、時間軸方向のセル情報301の保持について説明する。占有格子地図201は現在時刻の情報だけでなく、あらかじめ設定した時間ステップ分の過去の情報を保持する。そのため、当該セルに関して、時間軸方向にさかのぼりセルの状態や占有確率を確認することが可能である。
図3に外界認識センサ群116で認識した結果をマップ管理部113にデータを格納する処理の一例について説明する。外界認識センサ群116で認識された物体情報は、センシングされた位置情報に基づき、図2の占有格子地図201の該当セルに割り当てられ、一意なIDが割り振られる。
図5を用いて、外界認識センサ群116から認識情報が取得され、電子制御装置110に入力されるまでの一連の処理を示す登録フローを説明する。
まず、ステップ501において、電子制御装置110は、外界認識センサ群116で検知された外界認識データを受信する。電子制御装置110は、外界認識データを直接受信してもよいし、アプリケーションプログラムを経由して受信してもよい。アプリケーションプログラムを経由する場合、当該アプリケーションプログラムにおいて、外界認識データに対して後述のステップ502以降の処理を行うための変換を施す。例えば外界認識センサ群116の1つがカメラであり、画像を扱う場合、アプリケーションプログラムで受信したRAWデータを現像し、画像データを生成する。
外界認識データの一例として、物体認識情報がある。物体認識情報には、例えば、認識に用いたセンサの種別、認識した物体の種別、認識した物体と自車両の距離(センサからの距離)、認識した物体と自車両の相対速度が含まれる。さらに、占有格子地図201を構成する各セルにおける更新時刻など占有格子地図201データ(図3参照)が含まれる。
次にステップ502において、電子制御装置110のマップ生成部114では、物体認識情報を元に、物体認識情報に含まれる物体が存在する占有格子地図201上の位置を計算する。これは、データベースであるマップ管理部113の格納位置を計算することで実現する。そして、電子制御装置110のマップ生成部114では、マップ管理部113の格納位置に、外界認識センサデータ(物体認識情報)に基づき作成されたセル情報301(図3)を格納する。
次にステップ503において、電子制御装置110では、セル情報301のデータ更新を行うか判断する。この処理の前提についてまず説明する。電子制御装置110は、時間の経過に伴いマップ管理部113のデータを更新することが必要である。これは、時間が経過すると、自動車が移動したり、物体が移動したりすることで、各セルに対応する物体認識情報が変化する(例えば、移動)。このため、この変化に応じて、データの更新を行うことになる。但し、自動車が停止中、物体が移動しないなどにより、時間が経過しても少なくとも一部のセルの更新が不要な場合もある。本ステップでは、各セルもしくは占有格子地図201全体の更新の要否を判断する。その内容は、以下のとおりである。
まず、電子制御装置110は、各セルについて、その占有状態を特定する。そして、電子制御装置110は、占有状態が、所定期間内に、占有→非占有→占有と変化したかを判断する。このとおり変化したと判断した場合、非占有の期間が閾値t以上を判定する。つまり、セルの占有状態が変化する時刻である更新時刻の差が閾値tと比較して判定を行う。更新時刻の差とは、前回の更新時刻と最新の更新時刻の差を示す。
判定の結果、閾値t以上であれば、当該セルで検知されている物体が、元の物体から他の物体に変わった可能性が高いため、物体が同一でないと判定される。逆に、閾値t未満の場合、データエラーなどの要因の可能性が高いため、物体が同一であると判断する。
また、この物体の同一性は、近接のセルの変化状態に基づいて判断してもよい。つまり、近接のセルも同様に占有→非占有→占有と変化した場合は、物体は同一であると判断する。逆に、占有状態の変化が異なる場合は、物体は同一でないと判断する。なお、近接のセルとは、当該セルと同じように当初の占有状態が占有であるものとしてもよいし、当該セルと所定範囲内に位置するセルとしてもよい。
以上の処理により、同一(YES)と判断された場合には、ステップ505に進み、同一でない(NO)と判断された場合には、ステップ504に進む。
ステップ504では、電子制御装置110は、当該セルに格納されている過去のセルのセル情報を削除し、現在時刻のセル情報が新たに新規セル情報として登録する。
ステップ505では、電子制御装置110は、当該セルに格納されている過去のセルのセル情報をそのまま登録しておく。
以上で、セル情報301の登録処理が終了する。以下、図6を用いて、登録したセル情報301の利用のためのデータ取得について、説明する。図6に、アプリケーション実行部111からマップ管理部113で管理するセル情報301を取得する処理の一例ついて説明する。
例えば、アプリケーション実行部111からセル選択部112へ物体が存在するセルのセル情報の取得依頼があった場合について、説明する。
まず、ステップ601において、セル選択部112では要求を解析する。つまり、取得要求の内容を特定する。
次に、ステップ602において、セル選択部112では、特定された取得要求に該当するセル情報301が格納されている格納位置を特定する。例えば、RAM(Random Access Memory)上のアドレス情報を特定する。
次に、ステップ603において、セル選択部112では、特定されたアドレス情報を参照し、当該アドレスに格納されたセル情報をアプリケーション実行部111が用意したRAMの領域にデータコピーする。当該セル情報を取得したアプリケーション実行部111では、例えば、取得した情報を基に自車両が走行する経路を生成する。そして、生成した経路に基づき車両制御量情報を算出し、各車載電子制御装置に車両制御量情報送信する。ここで、図6におけるセル情報301の取得について、事故の必然性が高いなど緊急処理が必要な場合のデータ取得シーケンスについて説明する。
まず、図7に示す初期化時701において、アプリケーション実行部111が、セル選択部112を経由して、セル更新部115から、マップ管理部113のセル情報301に対して、緊急度が高いかを判断するためのコールバックを登録させる。登録される内容は、物体の速度(センサからの距離の変動が)所定以上大きいことが含まれる。
そして、外界認識センサ情報である物体情報を、電子制御装置110が受信した場合(702)、以下の処理を実行する。セル更新部115が受信した物体情報の緊急度が高いか、つまり、701で登録された条件を満たすか判断する。この結果、緊急度が高いと判断された場合、コールバック処理を行う。つまり、緊急度が高いことを、セル選択部112を経由して、アプリケーション実行部111に通知する。そして、アプリケーション実行部111では、緊急処理を実行する。緊急処理には、自車両に対する減速指示の出力や運転者に対するアラート出力の指示の出力が含まれる。以上で、図6および図7に示すデータ取得についての説明を終わる。
次にセル情報301の調整について、説明する。セル情報301には、誤差が含まれることもあるため、このための調整、更新処理について説明する。ここでは、アプリケーション実行部111によるマップ管理部113のセル情報301の調整、更新例を示す。アプリケーション実行部111がセル選択部112を介し、マップ管理部113のセル情報301を取得後、例えば取得位置の誤差修正や時刻情報の補正を行い、マップ管理部113のデータを更新する場合、以下のとおり実行する。アプリケーション実行部111がセル更新部115を介し、マップ管理部113のデータを最新のデータとして更新する。
セル更新部115では、セル選択部112と同様に、各セルに付与されているID情報及び、該当のセルが格納されているマップ管理部113上のアドレス情報を紐づけて保持する。従って、アプリケーション実行部111からセルの更新依頼があった場合、当該セルのセルIDを元に、マップ管理部113のデータの更新を実施する。この際、アプリケーション実行部111でデータの補正等を実施していた際に、マップ管理部113のデータがマップ生成部114により更新されていた場合、マップ管理部の時刻情報に基づき、データを時系列順に格納する。
次に、本実施例において、占有格子地図201のセル情報301の一部を利用することを説明する。
図2の占有格子地図201のいくつかのセルをグルーピングし、領域として扱う場合、アプリケーション実行部111は領域に含むセルを予め特定する。例えば、レイキャスティングモデルのように、自車両から放射状のセルをグルーピングしたい場合、アプリケーション実行部111は、自車両から放射状に延びるビーム上に存在するセルを予め特定し、グループとして設定する。セル更新部115は、アプリケーション実行部111で設定された内容を受信し、マップ管理部113に格納される各セル情報301には共通の領域IDを付与する。またこの際、アプリケーション実行部111から指定するセルの領域は、セル情報301に付与されているIDと連続、不連続を問わず領域とみなすことが可能であり、その形状も例えば四角形、放射状、三角形、円などを問わずあらゆる形で指定可能である。
アプリケーション実行部111から、該当領域IDが指定され、領域情報の取得要求がセル選択部112に発行された場合、セル選択部112では以下の処理を行う。セル選択部112は、指定された領域IDから該当セルが格納されているセルのRAM上でのアドレス情報を計算し、データの検索を実施する。マップ管理部113に格納されている該当のセル情報301は、アプリケーション実行部111が用意したRAMに複製される。
本例では、自車両の進行方向における放射状の領域を抽出したが、以下の例にも適用可能である。例えば、自車両が比較的低速で移動する場合に、自車両に比較的近いセルのセル情報301を特定して利用することが想定される。この場合、自車両の速度が低い(遅い)ほど、より手前の狭いエリアのセル情報301を抽出する構成とすることが好適である。その他、自車両の走行車線のセル情報301を抽出することも可能である。
以上説明した本実施例によれば、必要なセル情報301を抽出し、また、データベースとして管理することになる。このため、本実施例では、アプリケーションのデータ処理負荷、メモリ消費量を低減することが可能になる。
110…電子制御装置110、111…アプリケーション実行部、112…セル選択部、113…マップ管理部、114…マップ生成部、115…セル更新部、116…外界認識センサ群

Claims (7)

  1. 車両周囲の占有格子地図を管理する占有格子地図管理装置であって、
    センサにより検知された前記車両周囲のデータを用いて前記占有格子地図のセル情報を生成するためのマップ生成部と、
    前記生成されたセル情報を、前記占有格子地図を構成する各セルのセル情報を管理単位として管理するマップ管理部と、
    セル情報取得要求に応じて、前記マップ管理部で管理する前記セル情報から、前記セル情報取得要求に該当するセル情報を選択するセル選択部とを備え
    前記セル情報は、周期的に生成され、記憶装置に記憶され、
    前記セル情報には、該当するセルにおける物体の占有状態を含み、
    前記マップ管理部は、前記セル情報の占有状態の時系列変化が、占有、非占有、占有と変動した場合、前記占有の要因である物体が同一かを判断し、同一でない場合、前記記憶装置に周期的に記憶されたセル情報の少なくとも一部を削除する占有格子地図管理装置。
  2. 請求項1に記載の占有格子地図管理装置において、
    前記マップ管理部は、前記物体が同一かの判断を、前記非占有の期間が予め定めた閾値より大きい場合に同一でないと判断することを特徴とする占有格子地図管理装置。
  3. 請求項1に記載の占有格子地図管理装置において、
    さらに、車両に対する自動運転制御または運転支援制御を行うアプリケーションソフトウェアを実行するアプリケーション実行部を備え、
    当該アプリケーション実行部は、前記セル選択部に対して、前記セル情報取得要求を通知し、
    前記セル選択部は、通知された前記セル情報取得要求に応じて選択された前記セル情報を複製し、
    前記アプリケーション実行部は、複製された前記セル情報を利用して、前記アプリケーションソフトウェアを実行することを特徴とする占有格子地図管理装置。
  4. 請求項3に記載の占有格子地図管理装置において、
    前記セル情報の生成を、
    (1)前記マップ生成部が、前記センサから受付けた前記車両周囲のデータを用いて前記セル情報を生成するか、
    (2)前記アプリケーション実行部が、前記センサから前記センサから受付けた前記車両周囲のデータを用いて前記セル情報を生成し、生成された前記セル情報を前記マップ生成部に通知するかのいずれかを実行することを特徴とする占有格子地図管理装置。
  5. 請求項1に記載の占有格子地図管理装置において、
    前記セル情報は、各セルにおける、占有確率、占有状態、相対座標情報および絶対座標情報を含むことを特徴とする占有格子地図管理装置。
  6. 請求項1に記載の占有格子地図管理装置において、
    前記セル選択部は、車両の運行状況に応じたセル情報を選択することを特徴とする占有格子地図管理装置。
  7. 請求項6に記載の占有格子地図管理装置において、
    前記セル選択部は、前記運行状況である速度が遅いほど少ないセル情報を選択することを特徴とする占有格子地図管理装置。
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